LU88024A1 - NUMERIC KEYBOARD FOR MANUAL CONTROLS - Google Patents

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LU88024A1
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LU
Luxembourg
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cover plate
keyboard
keyboard according
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plate
Prior art date
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LU88024A
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French (fr)
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Schoos Aloyse
Serban C Bogdan
Hagen Jannik
Original Assignee
Iee Sarl
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Description

CLAVIER NUMERIQUE POUR COMMANDES MANUELLESNUMERIC KEYBOARD FOR MANUAL CONTROLS

La présente invention concerne un clavier numérique pour commandes manuelles comprenant une plaque rigide de support, une couche ou plaque de couverture pourvue de marquages correspondant à des touches de commande auxquelles sont attribuées des fonctions bien précises. L'invention vise notamment des claviers faisant usage de capteurs de force connus sous la marque déposée FSR qui est l'abréviation de "Force Sensing Resistor" et proposés pour la première fois par le brevet US 4,314,228. Les FSR sont constitués de deux pellicules de polymère. Un réseau conducteur est déposé sur l'une des pellicules sous forme de deux peignes d'électrodes en disposition interdigitale. L'autre pellicule, qui est un polymère semi-conducteur, est déposée sur le réseau conducteur. Les deux pellicules sont scellées l'une à l'autre de façon à ce que les peignes d'électrodes effleurent la couche semi-conductrice. Lorsqu'aucune force n'est appliquée à un tel FSR, la résistance entre les bornes des peignes d'électrodes est très élevée, généralement de l'ordre de plusieurs megaohms. Par contre, lorsque le FSR est soumis à une force perpendiculairement à sa surface, la résistance diminue proportionnellement à l'intensité de la force. -Cette propriété peut être mise à profit dans de nombreuses applications. C'est ainsi que"le modèle d'utilité allemand No G 90 16 410.5 propose un clavier digital de commande dans lequel un capteur FSR est associé à chaque touche de manoeuvre en remplacement des contacteurs électromécaniques habituels.The present invention relates to a digital keyboard for manual commands comprising a rigid support plate, a layer or cover plate provided with markings corresponding to control keys to which are assigned very specific functions. The invention relates in particular to keyboards making use of force sensors known under the registered trademark FSR which is the abbreviation of "Force Sensing Resistor" and proposed for the first time by US patent 4,314,228. FSR are made up of two polymer films. A conductive network is deposited on one of the films in the form of two combs of electrodes in an interdigital arrangement. The other film, which is a semiconductor polymer, is deposited on the conductive network. The two films are sealed to each other so that the electrode combs touch the semiconductor layer. When no force is applied to such an FSR, the resistance between the terminals of the electrode combs is very high, generally of the order of several megaohms. On the other hand, when the FSR is subjected to a force perpendicular to its surface, the resistance decreases in proportion to the intensity of the force. -This property can be used in many applications. This is how "the German utility model No G 90 16 410.5 offers a digital control keyboard in which an FSR sensor is associated with each operating key to replace the usual electromechanical contactors.

Ces capteurs de force FSR ont, par la suite, été perfectionnés, ce qui a permis de diversifier encore davantage leurs fonctions. C'est ainsi que le brevet US 4,489,302 propose un circuit à FSR qui permet non seulement de mesurer l'intensité d'une force, mais également de détecter le centre de gravité de la plage de force applique sur sa surface active, grâce notamment à un fonctionnement du genre potentiomètre linéaire.These FSR force transducers were subsequently improved, which made it possible to further diversify their functions. Thus, US Pat. No. 4,489,302 proposes an FSR circuit which allows not only to measure the intensity of a force, but also to detect the center of gravity of the range of force applied to its active surface, thanks in particular to a linear potentiometer type operation.

Le brevet US 4,739,299 décrit un assemblage de deux feuilles FSR comportant chacune deux sorties électriques et dont le FSR d'un substrat est orienté perpendiculairement par rapport à celui de l'autre. Un tel assemblage de deux substrats définit une surface sensible à la pression et à la position bi-dimensionnelle suivant une direction X et une direction Y. C'est la raison pour laquelle ces assemblages sont encore appelés "tablettes digitalisantes XYZ" ou par leur dénomination anglaise "XYZ-pads". Le brevet US 4,810,992 décrit également une tablette digitalisante dans laquelle le gradient de potentiel est réalisé grâce à une résistance fixe, située en dehors de la surface active sur laquelle des doigts conducteur prennent, à intervalles réguliers, les différentes tensions électriques pour les amener dans la surface active. Le principe de fonctionnement reste le même, la résistance fixe apportant une meilleure linéarité au système et un contact FSR conducteur une plus grande résistance aux forces de glissement, d'où une durée de vie plus grande. Un autre brevet US 4,963,702 reprend l'idée du brevet précédent avec comme modification une deuxième résistance fixe en guise de curseur si on fait l'analogie avec un potentiomètre linéaire. Cet assemblage permet de distinguer les bords de la plage de pression appliquée au lieu de son centre de gravité.US Patent 4,739,299 describes an assembly of two FSR sheets each having two electrical outputs and whose FSR of a substrate is oriented perpendicularly to that of the other. Such an assembly of two substrates defines a surface sensitive to pressure and to the two-dimensional position in an X direction and a Y direction. This is the reason why these assemblies are also called "XYZ digitizing tablets" or by their denomination. English "XYZ-pads". US Patent 4,810,992 also describes a digitizing tablet in which the potential gradient is achieved by means of a fixed resistor located outside the active surface on which conductive fingers take, at regular intervals, the various electrical voltages to bring them into the active surface. The operating principle remains the same, the fixed resistor providing better linearity to the system and a conductive FSR contact greater resistance to sliding forces, resulting in a longer service life. Another US patent 4,963,702 takes up the idea of the previous patent with as modification a second fixed resistance as a cursor if we make the analogy with a linear potentiometer. This assembly makes it possible to distinguish the edges of the applied pressure range instead of its center of gravity.

Le but de la présente invention est de proposer un nouveau clavier numérique dont les applications sont plus diversifiées que celles des claviers classiques grâce à la mise en oeuvre des renseignements fournis par les perfectionnements au brevet de base du capteur de force FSR.The object of the present invention is to propose a new numeric keyboard whose applications are more diversified than those of conventional keyboards thanks to the implementation of the information provided by the improvements to the basic patent of the FSR force sensor.

Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un clavier du genre décrit dans le préambule qui est caractérisé par une couche sensible à la pression d'activation des touches, disposé entre la plaque de support et la plaque de couverture et constituée d'une tablette digitalisante comprenant au moins un capteur du type FSR s'étendant au moins sur toute la surface occupée par les touches sur la plaque de couverture.To achieve this objective, the invention proposes a keyboard of the type described in the preamble which is characterized by a layer sensitive to the pressure for activating the keys, disposed between the support plate and the cover plate and consisting of a tablet digitizing comprising at least one FSR type sensor extending at least over the entire surface occupied by the keys on the cover plate.

Selon un mode de réalisation préféré, la couche sensible est constituée de deux capteurs du type FSR superposés, l'un orienté de 90° par rapport à l'autre pour définir une tablette XYZ.According to a preferred embodiment, the sensitive layer consists of two superposed FSR type sensors, one oriented 90 ° relative to the other to define an XYZ tablet.

Dans le cas d'un seul capteur type FSR la détection de position est linéaire, ce qui signifie que les touches doivent être alignées suivant une direction, tandis que dans le cas de deux capteurs la détection de position est bi-dimensionnelle, c'est-à-dire que les touches peuvent couvrir la surface du capteur.In the case of a single FSR type sensor, the position detection is linear, which means that the keys must be aligned in one direction, while in the case of two sensors the position detection is two-dimensional, it is that is, the keys can cover the surface of the sensor.

Contrairement au clavier proposé dans le modèle d'utilité No G 90 16 410 qui associe à chaque touche un capteur de pression, c'est-à-dire autant de capteurs que de touches, le clavier proposé par la présente invention met en oeuvre un capteur unique qui est un capteur de position et accessoirement de pression.Unlike the keyboard proposed in utility model No G 90 16 410 which associates with each key a pressure sensor, that is to say as many sensors as keys, the keyboard proposed by the present invention implements a single sensor which is a position and incidentally pressure sensor.

Les capteurs FSR peuvent être formés sur un substrat porteur où être formés directement, soit sur la plaque de support, soit sur la plaque de couverture, soit .sur les deux plaques en cas d'utilisation de deux capteurs.FSR sensors can be formed on a carrier substrate where they can be formed directly, either on the support plate, or on the cover plate, or on the two plates if two sensors are used.

Il est également possible de prévoir une couche compressible disposée soit entre la couche sensible et la plaque de support, soit entre la couche sensible et la plaque de couverture.It is also possible to provide a compressible layer disposed either between the sensitive layer and the support plate, or between the sensitive layer and the cover plate.

Suivant les propriétés de la plaque de couverture, l'assemblage des différentes couches et la programmation du microprocesseur associé au clavier, celui-ci peut opérer suivant plusieurs modes de fonctionnement.Depending on the properties of the cover plate, the assembly of the different layers and the programming of the microprocessor associated with the keyboard, it can operate according to several operating modes.

Selon un premier mode de réalisation, la plaque de couverture est une plaque souple ou semi-rigide susceptible d'une déformation ponctuelle et collée par la périphérie à la plaque de support. Dans ce mode de réalisation, la couche sensible peut être intercalée entre la plaque de base et la plaque de couverture sous une légère précontrainte.According to a first embodiment, the cover plate is a flexible or semi-rigid plate capable of punctual deformation and bonded by the periphery to the support plate. In this embodiment, the sensitive layer can be interposed between the base plate and the cover plate under a slight prestress.

Les marquages de la plaque de couverture peuvent, dans ce mode de réalisation, être prévus sur des feuilles détachables de la plaque de couverture, avec un set de feuilles de marquage à configurations de touches différentes. Le clavier est associé à une mémoire dans laquelle sont programmées chacune des configurations des différentes feuilles de marquages et ces configurations programmées sont sélectionnables individuellement en fonction de la feuille de marquage utilisée. Ce clavier est donc configurable et permet de nombreuses utilisations, par exemple lorsque les touches sont du type alphanumérique il est possible de remplacer une configuration du type "qwertz" par une configuration du type "azerty", simplement en changeant la feuille de marquage et en commutant le clavier d'un programme à un autre.The cover plate markings can, in this embodiment, be provided on sheets detachable from the cover plate, with a set of marking sheets with different key configurations. The keyboard is associated with a memory in which each of the configurations of the different marking sheets are programmed and these programmed configurations can be individually selected according to the marking sheet used. This keyboard is therefore configurable and allows many uses, for example when the keys are of the alphanumeric type it is possible to replace a configuration of the "qwertz" type with a configuration of the "azerty" type, simply by changing the marking sheet and switching the keyboard from one program to another.

Il est également possible de rendre le clavier "intelligent" grâce à un microprocesseur programmé selon un mode "apprentissage" permettant de définir une configuration particulière de touches en vue de son utilisation en mode normal. L'utilisateur peut donc configurer les touches de son clavier à sa guise.It is also possible to make the keyboard "intelligent" thanks to a microprocessor programmed according to a "learning" mode allowing to define a particular configuration of keys for its use in normal mode. The user can therefore configure the keys on his keyboard as he pleases.

Selon un autre mode de réalisation, la plaque de couverture est une plaque absolument rigide dont le bord périphérique est libre par rapport à la plaque de support. Dans ce mode de réalisation, l'activation des touches ne se fait plus par une déformation ponctuelle de la plaque de couverture, mais par une inclinaison de la plaque de couverture entière par rapport à la plaque de base. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation préférés, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre une section transversale du mode de réalisation de base selon la présente invention; - les figures 2 et 3 illustrent deux variantes du mode de réalisation de la figure 1 et - les figures 4 à 7 illustrent, en section, plusieurs exemples de réalisation de la couche sensible.According to another embodiment, the cover plate is an absolutely rigid plate whose peripheral edge is free relative to the support plate. In this embodiment, the activation of the keys is no longer made by a punctual deformation of the cover plate, but by an inclination of the entire cover plate relative to the base plate. Other particularities and characteristics will emerge from the detailed description of some preferred embodiments, presented below, by way of illustration, with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 shows a cross section of the embodiment of base according to the present invention; - Figures 2 and 3 illustrate two variants of the embodiment of Figure 1 and - Figures 4 to 7 illustrate, in section, several embodiments of the sensitive layer.

La figure 1 montre un capteur 10 de détection de position et d'intensité de pression, de préférence sous forme d'une tablette digitalisante XYZ prise en sandwich entre une plaque rigide de support 12 et une plaque de couverture 11. La plaque de couverture 11 peut, suivant le mode de fonctionnement, expliqué plus en détail par la suite, être rigide, semi-rigide ou souple. C'est cette plaque de couverture 11 qui comporte, sur sa face supérieure, les marques d'identification des touches du clavier.FIG. 1 shows a sensor 10 for detecting position and pressure intensity, preferably in the form of an XYZ digitizing tablet sandwiched between a rigid support plate 12 and a cover plate 11. The cover plate 11 may, depending on the operating mode, explained in more detail below, be rigid, semi-rigid or flexible. It is this cover plate 11 which comprises, on its upper face, the identification marks of the keys of the keyboard.

Suivant le mode de fonctionnement, la plaque de couverture 11 peut être collée par son bord périphérique autour du capteur 10 à la plaque de support 12 ou être complètement libre par rapport à celle-ci comme représentée sur la figure 1.Depending on the operating mode, the cover plate 11 can be glued by its peripheral edge around the sensor 10 to the support plate 12 or be completely free relative to the latter as shown in FIG. 1.

Dans la variante selon la figure 2, on a interposé une couche d'un matériau compressible 13 entre la plaque de couverture et le capteur 10.In the variant according to FIG. 2, a layer of compressible material 13 has been interposed between the cover plate and the sensor 10.

Le clavier représenté par la figure 3 est analogue à celui de la figure 2 avec la différence que la couche de matériau compressible 13 est prévue entre le capteur 10 et la plaque de support 12.The keyboard represented by FIG. 3 is similar to that of FIG. 2 with the difference that the layer of compressible material 13 is provided between the sensor 10 and the support plate 12.

Il est à noter que les épaisseurs de toutes les couches sur les figures sont fortement exagérées par rapport aux grandeurs réelles.It should be noted that the thicknesses of all the layers in the figures are greatly exaggerated compared to the actual sizes.

La couche sensible formant le capteur 10 peut être constituée de différentes manières comme on va le décrire par la suite en référence aux figures 4 à 7.The sensitive layer forming the sensor 10 can be formed in different ways as will be described later with reference to FIGS. 4 to 7.

Le capteur 10 représenté sur la figure 4 est formé d'une couche 14 qui est soit le capteur FSR c'est-à-dire par exemple une pellicule semiconductrice sensible à la pression associée à une pellicule avec deux peignes d'électrodes, soit une couche électrique résistive et d'une couche 15, -qui est soit une couche électrique résistive, soit le capteur FSR. Il s'agit donc, tout comme d'ailleurs pour ce qui concerne les figures 5 à 7, d'un capteur unidirectionnel, c'est-à-dire ne comprenant qu'un seul élément FSR. Pour constituer une tablette digitalisante XYZ, c'est-à-dire bi-directionnelle, il suffit d'ajouter une paire de couches 14 et 15 à celles de la figure 4.The sensor 10 shown in FIG. 4 is formed by a layer 14 which is either the FSR sensor, that is to say for example a pressure-sensitive semiconductor film associated with a film with two combs of electrodes, or a resistive electrical layer and a layer 15, which is either an resistive electrical layer or the FSR sensor. It is therefore, just as elsewhere with regard to Figures 5 to 7, a unidirectional sensor, that is to say comprising only one FSR element. To constitute an XYZ digitizing tablet, that is to say bi-directional, it suffices to add a pair of layers 14 and 15 to those of FIG. 4.

Les couches 14 et 15 formant le capteur 10 peuvent être introduites en sandwich entre les plaques 11 et 12. Toutefois, ces couches 14 et 15 peuvent également être formées directement respectivement sur la face inférieure de la plaque de couverture 11 et sur la face supérieure de la plaque de support 12, ou éventuellement sur les couches de matériaux compressibles selon les figures 2 et 3.The layers 14 and 15 forming the sensor 10 can be sandwiched between the plates 11 and 12. However, these layers 14 and 15 can also be formed directly respectively on the underside of the cover plate 11 and on the upper face of the support plate 12, or possibly on the layers of compressible materials according to FIGS. 2 and 3.

La figure 5 illustre un mode de réalisation avec les mêmes couches 14 et 15 que celles de la figure 4 avec la différence que la couche 14 est collée sur un substrat primaire flexible 16, la couche 15 pouvant être appliquée à l'aide d'un adhésif sur la couche 14 ou être formée directement sur la plaque de support 12.FIG. 5 illustrates an embodiment with the same layers 14 and 15 as those of FIG. 4 with the difference that the layer 14 is bonded to a flexible primary substrate 16, the layer 15 being able to be applied using a adhesive on the layer 14 or be formed directly on the support plate 12.

La figure 6 illustre un mode de réalisation analogue à celui de la figure 5 à l'exception que c'est la couche 15 qui est maintenant portée par le substrat 16, la couche 14 pouvant être formée directement en-dessous de la plaque de couverture 11.FIG. 6 illustrates an embodiment analogous to that of FIG. 5 except that it is the layer 15 which is now carried by the substrate 16, the layer 14 can be formed directly below the cover plate 11.

Dans le mode de réalisation selon la figure 7, les deux couches actives 14 et 15 sont prises toutes les deux en sandwich entre deux couches de substrat 16.In the embodiment according to FIG. 7, the two active layers 14 and 15 are both sandwiched between two layers of substrate 16.

On va maintenant décrire plus en détail différents modes de fonctionnement du clavier et pour lesquels les claviers se différencient par la rigidité de leur plaque de couverture, étant donné que cette rigidité influence la précision avec laquelle on peut définir le contour des touches.We will now describe in more detail different operating modes of the keyboard and for which the keyboards are differentiated by the rigidity of their cover plate, since this rigidity influences the precision with which the outline of the keys can be defined.

Lorsque la plaque de couverture 11 est suffisamment souple pour permettre une déformation ponctuelle assez précise on - peut réaliser un clavier appelé clavier "intelligent" ou clavier "configurable". Il s'agit de définir sur la surface de la plaque de couverture de la tablette digitalisante XYZ des plages discrètes et disjointes qui sont identifiées comme étant des touches de clavier. En parcellisant ainsi la surface active de la tablette XYZ on définit des plages de couples de tension suivant les directions X et Y. L'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique transforme ces tensions en nombres. Un micro-processeur se charge ensuite d'effectuer les tests qui permettent d'identifier quelle touche du clavier est activée.When the cover plate 11 is flexible enough to allow a fairly precise punctual deformation, a keyboard called "intelligent" keyboard or "configurable" keyboard can be produced. It is a question of defining on the surface of the cover plate of the XYZ digitizing tablet discrete and disjointed ranges which are identified as being keyboard keys. By thus dividing up the active surface of the XYZ tablet, ranges of voltage couples are defined in the X and Y directions. The use of an analog-digital converter transforms these voltages into numbers. A microprocessor is then responsible for carrying out the tests which identify which key on the keyboard is activated.

Un des avantages d'un tel clavier est la possibilité de pouvoir configurer par programmation pure la forme et la disposition des touches sur le clavier. Si la mémoire du système est suffisamment grande, plusieurs configurations de touches peuvent être programmées et être appelées instantanément par un simple changement de programme aux moyens d'un commutateur. Pour l'utilisation de ces différents programmes ou configurations, on peut disposer d'un set de plusieurs feuilles de marquage pouvant être appliquées individuellement sur la surface extérieure de la plaque de couverture 11, par des moyens non représentés et être remplacées par d'autres feuilles pour adapter le programme choisi à une configuration particulière de touches.One of the advantages of such a keyboard is the possibility of being able to configure by pure programming the shape and the arrangement of the keys on the keyboard. If the system memory is large enough, several key configurations can be programmed and called up instantly by a simple program change using a switch. For the use of these different programs or configurations, a set of several marking sheets may be available which can be applied individually to the external surface of the cover plate 11, by means not shown and can be replaced by other sheets to adapt the chosen program to a particular configuration of keys.

La résolution, pour autant qu'elle soit permise par une faible rigidité de la plaque de couverture 11, est suffisamment grande pour autoriser, au gré du choix de l'utilisateur, une définition originale de la forme des touches, par exemple ronde, carrée, ovale, en flèche, etc.The resolution, insofar as it is permitted by a low rigidity of the cover plate 11, is large enough to allow, at the option of the user, an original definition of the shape of the keys, for example round, square , oval, arrow, etc.

Il est également possible de programmer par ce dispositif différentes sensibilités de touches en établissant plusieurs seuils dans la lecture de la force d'activation et en mettant en oeuvre la sensibilité suivant l'axe Z de la couche sensible 10.It is also possible to program by this device different key sensitivities by establishing several thresholds in the reading of the activation force and by implementing the sensitivity along the Z axis of the sensitive layer 10.

Etant dcixné que la tablette digitalisante XYZ est un élément de détection de position et d'intensité d'une force, on peut également intégrer dans ce clavier des fonctions d'un potentiomètre linéaire en définissant une zone étroite et longue où la position est enregistrée de façon continue, ou en définissant des fonctions "souris", "joystick" ou "table digitalisante" en définissant une zone carrée, rectangulaire, ovale ou autre où on enregistre la position, de manière continue, suivant les deux dimensions X et Y.Given that the XYZ digitizing tablet is an element for detecting the position and intensity of a force, we can also integrate into this keyboard functions of a linear potentiometer by defining a narrow and long area where the position is recorded from continuously, or by defining "mouse", "joystick" or "digitizing table" functions by defining a square, rectangular, oval or other area where the position is recorded, continuously, according to the two dimensions X and Y.

Selon un autre mode d'utilisation avantageux, il est possible de se placer, par une programmation adéquate du micro-processeur, dans un mode "apprentissage" qui offre à l'utilisateur la possibilité d'appuyer une première fois sur le clavier à des endroits de son choix pour enseigner la position des touches à l'unité centrale qui les mémorise définitivement, ce qui signifie, qu'en mode "apprentissage" l'utilisateur peut choisir lui même la configuration des touches du clavier. Sorti du mode "apprentissage", le système fonctionne comme un clavier normal dont ont a précédemment défini en quelques secondes la disposition et le nombre de touches. Le clavier dit "intelligent" est donc un clavier dont la couche sensible est constituée d'une tablette digitalisante du type XYZ et dont on a programmé, soit par apprentissage, soit à l'aide d'un outil informatique et classique, le nombre, la disposition, la taille, la sensibilité et la forme des éléments qui le composent. L'élément sensible est soit une touche classique si l'information à délivrer est du type tout ou rien, soit une touche de pression si l'information à délivrer est continue et proportionnelle à la pression exercée, soit un potentiomètre linéaire si l'information à délivrer est continue et proportionnelle à la position unidirectionnelle, suivant un axe du doigt activateur, soit encore du type souris si l'information à délivrer est continue et proportionnelle à la position bi-directionnelle du doigt activateur.According to another advantageous mode of use, it is possible to place oneself, by adequate programming of the microprocessor, in a "learning" mode which offers the user the possibility of pressing the keyboard for the first time. places of his choice to teach the position of the keys to the central unit which memorizes them definitively, which means that in "learning" mode the user can choose the configuration of the keys on the keyboard himself. Out of "learning" mode, the system works like a normal keyboard whose layout and number of keys have previously been defined in a few seconds. The so-called "intelligent" keyboard is therefore a keyboard the sensitive layer of which consists of a digitizing tablet of the XYZ type and the number of which has been programmed, either by learning or using a computer and conventional tool, the arrangement, size, sensitivity and shape of the elements that compose it. The sensitive element is either a conventional key if the information to be delivered is of the all or nothing type, or a pressure key if the information to be delivered is continuous and proportional to the pressure exerted, or a linear potentiometer if the information to be delivered is continuous and proportional to the unidirectional position, along an axis of the activating finger, or again of the mouse type if the information to be delivered is continuous and proportional to the bi-directional position of the activating finger.

Si le clavier se compose de touches placées en ligne, le système se simplifie par l'utilisation, comme représenté à titre d'illustration sur les figures 4 à 7, d'un FSR type potentiomètre linéaire à la place d'une tablette digitalisante du type XYZ. Il s'agit en fait d'une demie tablette XYZ ou tablette XZ qui n'est sensible que dans deux dimensions, à savoir l'axe de position X et l'axe d'intensité Z.If the keyboard consists of keys placed in line, the system is simplified by the use, as shown by way of illustration in FIGS. 4 to 7, of an FSR type of linear potentiometer instead of a digitizing tablet of the type XYZ. It is in fact a half XYZ tablet or XZ tablet which is only sensitive in two dimensions, namely the position axis X and the intensity axis Z.

Dans ce clavier, la plaque de couverture 11 peut être remplacée par une simple couche de protection sur la partie supérieure de la couche sensible soumise à la pression du doigt activateur. La rigidité de cette couche influence la précision avec laquelle on peut définir le contour des touches. A partir d'une certaine rigidité, par exemple une épaisse feuille de plastique, la résolution devient moins bonne. Toutefois, en modifiant les algorithmes de calcul dans le microprocesseur on parvient à un clavier qui fonctionne également avec des plaques de couverture semi-rigides ou même des plaques rigides. Ceci ouvre la possibilité de la mise en oeuvre de l'invention dans le cas de claviers dits "protégés", c'est-à-dire qui doivent pouvoir résister à des attaques extérieures. C'est en fait la nature de la plaque de couverture ou de protection qui définit la classe d'immunité du clavier et qui le rend approprié pour telles ou telles applications. Le verre amorphe, par exemple, satisfait aux applications médicales et à l'industrie chimique à cause des facilités d'entretien, respectivement de sa résistance chimique. L'acier inoxydable rend, par exemple, le clavier insensible aux chocs de forte intensité et se prête par conséquent à des claviers exposés au vandalisme ou à l'utilisation militaire ou industrielle. Les matières synthétiques, par exemple le polycarbonate convient à des applications grand public.In this keyboard, the cover plate 11 can be replaced by a simple protective layer on the upper part of the sensitive layer subjected to the pressure of the activating finger. The rigidity of this layer influences the precision with which the outline of the keys can be defined. From a certain rigidity, for example a thick sheet of plastic, the resolution becomes less good. However, by modifying the calculation algorithms in the microprocessor, a keyboard is obtained which also works with semi-rigid cover plates or even rigid plates. This opens up the possibility of implementing the invention in the case of so-called "protected" keyboards, that is to say which must be able to resist external attacks. It is in fact the nature of the cover or protection plate which defines the immunity class of the keyboard and which makes it suitable for such or such applications. Amorphous glass, for example, satisfies medical applications and the chemical industry because of the ease of maintenance and its chemical resistance, respectively. Stainless steel, for example, makes the keyboard insensitive to high intensity shocks and is therefore suitable for keyboards exposed to vandalism or military or industrial use. Synthetic materials, for example polycarbonate, are suitable for consumer applications.

Ce clavier protégé est également basé sur la même technologie TSR que le clavier "intelligent" par la mise en oeuvre d'une tablette digitalisante XYZ. Par contre, le fonctionnement et le traitement des données se fait de façon différente suivant la rigidité de la plaque de couverture et dont on va analyser ci-dessous, trois possibilités. a) Plaque de couverture souple.This protected keyboard is also based on the same TSR technology as the "intelligent" keyboard by the implementation of an XYZ digitizing tablet. On the other hand, the operation and the processing of the data is done in a different way according to the rigidity of the cover plate and which we will analyze below, three possibilities. a) Flexible cover plate.

Sur une plaque de base supposée indéformable on place une couche sensible formée d'une tablette digitalisante XYZ. Si celle-ci est formée de deux ou plusieurs feuilles de substrat assemblées avec de l'adhésif double face, on dispose une couche de matériau compressible de dimension au moins égale à la surface active et inférieure à la surface délimitée par le périmètre de l'adhésif, soit sur le FSR selon la figure 2, soit entre le FSR et la plaque de base selon la figure 3. Si le FSR est formé de feuilles de substrat non assemblées par de l'adhésif, l'élément compressible est facultatif. Sur cet ensemble est placée la plaque de σομνβΓ^Γε 11 portant l'indication des touches du clavier. Pour maintenir le sandwich ainsi réalisé en place, on dispose sur tout où une partie du clavier une colle ou un adhésif double face. L'épaisseur de la colle ou de l'adhésif doit être telle que la plaque de couverture 11 et la plaque de support 12 soient au contact de la couche sensible 10 sur ses deux faces. Il est même possible de prévoir une légère précontrainte de la couche sensible entre les deux plaques.On a supposedly non-deformable base plate is placed a sensitive layer formed by an XYZ digitizing tablet. If this is formed from two or more sheets of substrate assembled with double-sided adhesive, there is a layer of compressible material of dimension at least equal to the active surface and less than the surface delimited by the perimeter of the adhesive, either on the FSR according to figure 2, or between the FSR and the base plate according to figure 3. If the FSR is formed from sheets of substrate not assembled by adhesive, the compressible element is optional. On this set is placed the plate of σομνβΓ ^ Γε 11 carrying the indication of the keys of the keyboard. To keep the sandwich thus produced in place, there is a glue or a double-sided adhesive on all of the keyboard. The thickness of the glue or the adhesive must be such that the cover plate 11 and the support plate 12 are in contact with the sensitive layer 10 on its two faces. It is even possible to provide a slight prestressing of the sensitive layer between the two plates.

La plaque de couverture 11 étant souple, une pression exercée perpendiculairement à sa surface à un endroit donné induit une déflexion de celle-ci, qui est transmise sous forme de force localisée sur le FSR. Même si cette force a une certaine étendue de surface, le signal enregistré par le FSR est un point géométrique proche du centre de gravité de la pression. Il est possible que, pour des raisons de dispersion de paramètres physiques des différents constituants de l'assemblage, notamment l'homogénéité de la couche compressible, l'épaisseur de l'adhésif, la linéarité du FSR, 1'anisotropie de la plaque de couverture, etc., le point détecté par le FSR ne se trouve pas exactement sous l'emplacement physique de l'application de la force. En fait, on se trouve devant une sorte de déformation de l'image. Toutefois, étant donné que ce phénomène est relativement stable dans le temps, une opération de calibrage effectuée après assemblage, rend le système totalement fiable et opérationnel.The cover plate 11 being flexible, a pressure exerted perpendicular to its surface at a given location induces a deflection thereof, which is transmitted in the form of a force localized on the FSR. Even if this force has a certain surface area, the signal recorded by the FSR is a geometric point close to the center of gravity of the pressure. It is possible that, for reasons of dispersion of physical parameters of the various constituents of the assembly, in particular the homogeneity of the compressible layer, the thickness of the adhesive, the linearity of the FSR, the anisotropy of the plate cover, etc., the point detected by the FSR is not exactly under the physical location of the application of force. In fact, we are faced with a kind of image distortion. However, since this phenomenon is relatively stable over time, a calibration operation carried out after assembly, makes the system completely reliable and operational.

Dans l'éventualité d'une précontrainte de la couche sensible 10 entre les deux plaques 11 et 12, une correction automatique de cette précontrainte, dont l'intensité et la répartition sont susceptibles de varier au cours du temps, soit par vieillissement, soit sous l'influence de facteurs extérieurs peut être réalisée en quasi continu par le microprocesseur du clavier.In the event of prestressing of the sensitive layer 10 between the two plates 11 and 12, an automatic correction of this prestressing, the intensity and distribution of which are liable to vary over time, either by aging or under the influence of external factors can be carried out almost continuously by the keyboard microprocessor.

En résumé, le fonctionnement de ce type de -clavier protégé se base sur une déformation mécanique de la plaque de couverture et de protection 11, déformation qui se crée sous l'influence d'une force normale exercée par l'élément appuyant sur une touche de cette plaque qui est fixée sur ses bords à la plaque de base massive et rigide. La déformation est transmise aux capteurs sous-jacents de détection de position et d'intensité de pression pris en sandwich entre ces deux plaques. Un microprocesseur identifie la touche du clavier activée à partir des signaux délivrés par l'élément de détection de position et d'intensité de force en effectuant d'éventuelles corrections de déformation d'image et de dérives dans le temps. b) Plaque de couverture indéformable.In summary, the operation of this type of protected keyboard is based on a mechanical deformation of the cover and protection plate 11, deformation which is created under the influence of a normal force exerted by the element pressing a key. of this plate which is fixed on its edges to the massive and rigid base plate. The deformation is transmitted to the underlying position and pressure intensity detection sensors sandwiched between these two plates. A microprocessor identifies the keyboard key activated from the signals delivered by the position and force intensity detection element by making possible corrections of image distortion and drift over time. b) Non-deformable cover plate.

Ce type de clavier nécessite la présence d'une couche compressible 13 selon les figures 2 ou 3, soit entre la tablette digitalisante XYZ et la plaque de support indéformable 12, soit entre la tablette digitalisante et la plaque indéformable de couverture 11. Cette couche 13 d'un matériau compressible est de dimension environ égale à la surface active de la tablette digitalisante de la couche sensible 10. Cette couche sensible 10 est formée soit de feuilles de substrat sur lesquelles les éléments constituants de la tablette digitalisante XYZ ont été déposés, assemblés ou non par de l'adhésif, soit par les corps des plaques de couverture 11, plaques de support 12, ou couches compressibles 13, sur lesquelles les éléments constitutifs de la tablette XYZ ont été déposés ou formés de façon adéquate, ou une quelconque combinaison de ces possibilités, illustrées notamment par les figures 4 à 7.This type of keyboard requires the presence of a compressible layer 13 according to FIGS. 2 or 3, either between the XYZ digitizing tablet and the non-deformable support plate 12, or between the digitizing tablet and the non-deformable cover plate 11. This layer 13 of compressible material is of dimension approximately equal to the active surface of the digitizing tablet of the sensitive layer 10. This sensitive layer 10 is formed either of substrate sheets on which the constituent elements of the XYZ digitizing tablet have been deposited, assembled or not by adhesive, either by the bodies of the cover plates 11, support plates 12, or compressible layers 13, on which the constituent elements of the XYZ tablet have been deposited or adequately formed, or any combination of these possibilities, illustrated in particular by FIGS. 4 to 7.

Contrairement au mode de réalisation à plaques de couverture souple, les bords de la plaque de couverture indéformable 11 doivent être laissés libres de tout mouvement d'éloignement ou de rapprochement de la plaque de . support 12, mouvement rendu possible par l'élasticité de la couche compressible 13. La plaque de couverture 11 est supposée indéfiniment rigide par rapport aux pressions exercées, c'est-à-dire que la déformation de cette plaque sous l'influence de la pression d'un doigt appuyant sur une touche est considérée comme inexistante. Par contre, grâce à la présence de la couche compressible 13, une pression normale exercée, par exemple, exactement au centre de la plaque de couverture 11 rapproche celle-ci parallèlement de la plaque de support 12 sous l'effet de la compression de la couche 13. Si tous les éléments de cet assemblage sont considérés comme idéaux et de sensibilité égale, la tablette XYZ enregistre une augmentation de la pression, mais ne détecte aucune variation du centre de gravité de l'effort, car la tablette réagit comme à l'état non activé dans lequel il n'enregistre que la masse de la plaque de couverture 11.Unlike the embodiment with flexible cover plates, the edges of the non-deformable cover plate 11 must be left free from any movement away from or towards the plate. support 12, movement made possible by the elasticity of the compressible layer 13. The cover plate 11 is assumed to be indefinitely rigid with respect to the pressures exerted, that is to say that the deformation of this plate under the influence of the pressure of a finger pressing a key is considered non-existent. On the other hand, thanks to the presence of the compressible layer 13, a normal pressure exerted, for example, exactly in the center of the cover plate 11 brings the latter closer parallel to the support plate 12 under the effect of the compression of the layer 13. If all the elements of this assembly are considered as ideal and of equal sensitivity, the XYZ tablet registers an increase in pressure, but does not detect any variation in the center of gravity of the effort, because the tablet reacts as if it were state not activated in which it records only the mass of the cover plate 11.

Par contre, si une pression est appliquée en dehors du centre ou sur le bord du clavier, toute la plaque de couverture 11 s'incline dans la direction du point d'applicaties de la force. La couche intermédiaire compressible 13 transmet ces efforts de compression à la tablette XYZ qui enregistre une augmentation de l'effort et un déplacement du centre de gravité de la pression vers le point où s'exerce cette force. Etant donné que toute la plaque de couverture bouge et que, par conséquent, toutes les touches sont activées à des degrés variables, ce clavier nécessite, après assemblage, des tests et calibrages pour identifier exactement la touche activée. Comme dans le cas d'une plaque de couverture souple, le microprocesseur est capable d'identifier la touche activée en effectuant les éventuelles corrections de déformation d'image dues à la dispersion des paramètres, à l'influence des conditions extérieures et à une éventuelle dérive dans le temps. c) Placrues de couverture semi-rigides.On the other hand, if a pressure is applied outside the center or on the edge of the keyboard, the entire cover plate 11 inclines in the direction of the point of application of the force. The compressible intermediate layer 13 transmits these compression forces to the XYZ tablet which records an increase in the force and a displacement of the center of gravity of the pressure towards the point where this force is exerted. Since the entire cover plate moves and therefore all the keys are activated to varying degrees, this keyboard requires, after assembly, tests and calibrations to identify exactly the activated key. As in the case of a flexible cover plate, the microprocessor is capable of identifying the activated key by carrying out any corrections for image distortion due to the dispersion of the parameters, the influence of external conditions and a possible drift over time. c) Semi-rigid cover placrues.

Ce clavier, est basé essentiellement sur une combinaison des deux principes précités. En effet, une plaque de couverture n'est généralement pas parfaitement souple pour exclure complètement le principe b) et rarement totalement rigide pour pouvoir reposer exclusivement sur le principe b).This keyboard is based essentially on a combination of the two aforementioned principles. Indeed, a cover plate is generally not perfectly flexible to completely exclude principle b) and rarely completely rigid to be able to rest exclusively on principle b).

La pratique veut donc que les claviers protégés fonctionnent sur la base d'une plaque du type c). Si la plaque de couverture 11 est plutôt souple et fixée sur son périmètre avec un joint rigide le fonctionnement s'explique pour l'essentiel par le principe a). Si la plaque de couverture est très rigide pour les forces exercées et que les bords sont maintenus avec un joint très souple c'est principalement le principe b) qui est applicable. Autrement dit, le clavier nécessite généralement, après son assemblage, un calibrage approprié tel que expliqué en relation avec le fonctionnement pour la plaque rigide.The practice therefore is that protected keyboards operate on the basis of a plate of type c). If the cover plate 11 is rather flexible and fixed on its perimeter with a rigid joint, the operation is essentially explained by principle a). If the cover plate is very rigid for the forces exerted and the edges are maintained with a very flexible joint, it is mainly principle b) that is applicable. In other words, the keyboard generally requires, after its assembly, an appropriate calibration as explained in relation to the operation for the rigid plate.

Claims (15)

1. Clavier numérique pour commande manuelle comprenant une plaque rigide de support (12), une couche ou plaque de couverture (11) pourvue de marquages correspondants à des touches de commande auxquelles sont attribuées des fonctions bi^n précises, caractérisé par une couche (10) sensible à la pression d'activation des touches et disposé entre la plaque de support (12) et la plaque de couverture (11) et constituée d'une tablette digitalisante comprenant au moins un capteur du type FSR s ' étendant au moins sur toute la surface occupée par les touches sur la plaque de couverture (11).1. Numeric keypad for manual control comprising a rigid support plate (12), a layer or cover plate (11) provided with markings corresponding to control keys to which precise bi-n functions are assigned, characterized by a layer ( 10) sensitive to the activation pressure of the keys and disposed between the support plate (12) and the cover plate (11) and constituted by a digitizing tablet comprising at least one sensor of the FSR type extending at least over the entire surface occupied by the keys on the cover plate (11). 2. Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche sensible (10) est constituée de deux capteurs du. type FSR superposés, l'un étant orienté de 90° par rapport à l'autre.2. Keyboard according to claim 1, characterized in that the sensitive layer (10) consists of two sensors. type FSR superimposed, one being oriented 90 ° to the other. 3. Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs FSR sont formés directement sur la plaque de base (12) ou sur la plaque de couverture (11).3. Keyboard according to claim 1, characterized in that the FSR sensors are formed directly on the base plate (12) or on the cover plate (11). 4.4. Clavier selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un des capteurs est formé directement sur la plaque de base (12) et l'autre directement sur la plaque de couverture (11). .. 5. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par une couche compressible (13) disposée entre la couche sensible (10) et la plaque de support (12).Keyboard according to claim 2, characterized in that one of the sensors is formed directly on the base plate (12) and the other directly on the cover plate (11). .. 5. Keyboard according to any one of claims 1 or 2, characterized by a compressible layer (13) disposed between the sensitive layer (10) and the support plate (12). 6. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par une couche compressible (13) disposée entre la couche sensible (10) et la plaque de couverture (11).6. Keyboard according to any one of claims 1 or 2, characterized by a compressible layer (13) disposed between the sensitive layer (10) and the cover plate (11). 7. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs FSR- (14, 15) formant la couche sensible (10) sont portés par une feuille de substrat (16).7. Keyboard according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the FSR- sensors (14, 15) forming the sensitive layer (10) are carried by a substrate sheet (16). 8. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs FSR (14, 15) formant la couche sensible (10) sont pris en sandwich entre deux feuilles de substrat (16).8. Keyboard according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the FSR sensors (14, 15) forming the sensitive layer (10) are sandwiched between two sheets of substrate (16). 9. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plaque de couverture (11) est une plaque semi-rigide ou souple susceptible d'une déformation-ponctuelle et collée par la périphérie à la plaque de support (12).9. Keyboard according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the cover plate (11) is a semi-rigid or flexible plate capable of punctual deformation and glued by the periphery to the support plate (12). 10. Clavier selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche sensible (10) est intercalée entre la plaque de base (12) et la plaque de couverture (11) sous une légère précontrainte.10. Keyboard according to claim 9, characterized in that the sensitive layer (10) is interposed between the base plate (12) and the cover plate (11) under a slight prestress. 11. Clavier selon 1'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les marquages de la plaque de couverture (11) sont prévus sur des feuilles détachables de la plaque de couverture (11), en ce qu'il est prévu un set de feuilles de marquage à configurations de touches différentes, en ce que le clavier est associé à une mémoire dans laquelle sont programmées chacune des configurations des différentes feuilles de marquage et en ce que les configurations programmées sont sélectionnables individuellement en fonction de la feuille de marquage utilisée.11. Keyboard according to any one of claims 9 or 10, characterized in that the markings of the cover plate (11) are provided on sheets detachable from the cover plate (11), in that it is provided a set of marking sheets with different key configurations, in that the keyboard is associated with a memory in which each of the configurations of the different marking sheets are programmed and in that the programmed configurations are individually selectable according to the sheet marking used. 12. Clavier selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé par un microprocesseur programmé selon un mode "apprentissage" permettant à l'utilisateur de définir une configuration particulière de touches et à mémoriser cette configuration en vue de l'utilisation normale du clavier.12. Keyboard according to any one of claims 9 or 10, characterized by a microprocessor programmed according to a "learning" mode allowing the user to define a particular configuration of keys and to memorize this configuration for the normal use of the keyboard. 13. Clavier selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que certaines ou toutes les touches sont programmées sur plusieurs seuils de sensibilité à la pression d'activation.13. Keyboard according to any one of claims 9 and 10, characterized in that some or all of the keys are programmed on several thresholds of sensitivity to the activation pressure. 14. Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plaque de couverture (11) est une plaque rigide dont le bord périphérique est libre par rapport à la plaque de support (12) et en ce que les signaux déclenchés par l'activation des touches résultent d'une inclinaison de toute la plaque de couverture (11) par rapport à la plaque de support (12).14. Keyboard according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the cover plate (11) is a rigid plate whose peripheral edge is free relative to the support plate (12) and in that the signals triggered by the activation of the keys result from an inclination of the entire cover plate (11) relative to the support plate (12). 15. Clavier selon la revendication 14, caractérisé en ce que les touches de marquage de la plaque de couverture (11) sont «définies et identifiées par un calibrage du clavier après son assemblage.15. Keyboard according to claim 14, characterized in that the marking keys of the cover plate (11) are "defined and identified by calibration of the keyboard after assembly.
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